Эволюция доступной связи от «Чем громче крикнешь, тем дальше слышно» до «Чем выше залезешь на дерево, тем веселее прикручивать ретранслятор»

Mesh-сети в целом, и, в частности Meshtastic, уже давно не новая история. Почти все, кто называет себя радиолюбителем имеет одну‑две ноды в ящике своего рабочего стола. А с недавнего времени начал прослеживаться вполне ощутимый интерес к этой теме среди людей и вовсе далеких от радиоэкспериментов и подобной электроники. Чтобы не повторяться и не копировать информацию из десятков или сотен уже написанных статей и постов на профильных форумах буду рассматривать только свой вопрос, пропустив базовое объяснение, что такое mesh‑сеть, meshtastic и связанные темы.

Передо мной, в рамках моей профессиональной деятельности, встала задача обеспечить устойчивой связью две независимых группы специалистов, находящихся в разных городах на пересеченной местности.

Такие очевидные решения, как мобильная связь, высокоскоростной интернет и прочее невозможны. Реально доступен только еле‑еле живой спутниковый интернет от известного национального провайдера, который дает скорости ~128-512кбит/сек по настроению тарелки и «Ямала».

Радиосвязь с использованием носимых радиостанций — штука хорошая, но дорогая. Для выполнения моей задачи нужно как минимум 2 приличных DMR ретранслятора (у меня есть одна Hytera, которая обошлась в совершенно нереальные деньги), нормальный интернет, и 2–3 десятка самих радеек, средняя цена которой тысяч 8 (беру среднюю цену с маркетплейсов для TYT MD UV390). Все это дорого, да и инфраструктурно сложно, ведь ретрансляторы требуют 220В, которых в поле нет, поскольку группы мобильные, а дальности не хватит, если определить одно место и поставить основательно.

После совещания приняли решение — Meshtastic. Получил задачу вникнуть, разобраться, развернуть. Исходные данные такие: минимум 25–30 пользователей, две группы. Одна группа работает в поле, другая в 80 км от нее — центр принятия решений.

Сразу хочется сказать, что проект в итоге оказался успешным, несмотря на некоторое количество ошибок и сложностей. Бюджет около 180 тысяч рублей за все. Хочу поделиться теми неочевидными моментами, которые не удалось предусмотреть на старте. В самом начале стояло несколько вопросов:

Вопрос ПЕРВЫЙ: что нужно купить?

1. Основой носимых Meshtastic-передачтиков стал само собой HELTEC V4 (И не только носимых, был установлен в некоторые ретрансляторы вместо RAK4631). Плата построена на базе МК ESP32-S3 с 2мб PSRAM, что является ключевым моментом при планировании архитектуры сети, поскольку на других МК и без PSRAM невозможно использовать функция Store&Forward (см. официальную документацию) (хранение и досылку сообщений, при возвращении в сеть абонента). Даже, судя по сообществу, HELTEC V3 и V4 являются естественными лидерами в этой среде за удачную комбинацию характеристик и невысокую цену. У нее огромное сообщество, что выражено на практике, например, большим количеством всяких разных корпусов на маркетплейсах.

   

2. Второе аппаратное решение, на которое стоит тратить деньги, на мой субъективный взгляд, разумеется, это "солнечный узел" D5L. Про солнечную панель не могу совершенно сказать ничего дурного. Она великолепна в своем исполнении: легкая, компактная, незаметная, заряжает батарейки даже при сильно пасмурной погоде. Удивительно! Правда, как мне кажется, стоит рассматривать солнечную панель в комплектации БЕЗ RAK 4631. RAK 4631 представляет из себя не более чем передатчик. Говорят он супер энергоэффективный. Может и так. На практике разницу в работе между панелью с RAK и HELTEC я не заметил, кроме того, что HELTEC кратно превосходит RAK по возможностям. Относительную "энергоНЕэффективность" HELTEC компенсируют хорошие свойства самой солнечной панели. RAKи, извлеченные из солнечных панелей, купленных по глупости, в последствии использовались, как стационарные ноды в режиме CLIENT BASE для мелкой узколокальной ретрансляции.

   

3. LilyGo T-BEAM. Просто нода. Она оснащена всем, чем только можно. Но в условиях, когда требуется только связь через приложение-мессенджер, все эти навороты становятся бесполезными. Откровенных минусов у этого изделия я не нашел, плюсов, в слову, тоже. Повторюсь, в моем сценарии - это просто передатчик. Немного громоздкий. Корпусов на маркетплейсах великое множество, что не может не радовать - это плюс.

   

4. RAK4631 и LilyGo T3. Обе этих платы разместил на последней строчке своего рейтинга. Признаться, не могу понять, зачем их брал. В попытке найти лучшее, обе эти оказались, явно, ошибками, которые пришлось как-то потом обыгрывать. Плюсов относительно лидеров (опять же оговорюсь: все это в моем сценарии использования) нет: LilyGo T3 - дорогая, относительно той же HELTEC, неоснащенная (HELTEC, к слову, из коробки умеет взаимодействовать с солнечными панельками), не найти нормальных корпусов. Просто поиграться по программировать можно взять, для целей Meshtastic - не вижу смысла.

   У RAK4631 плюсом является только энергоэффективность. Исходя из характеристик она просто божественная, и в солнечном узле, даже при редком солнце она может жить годами. На практике этой безумной low energy я не увидел. Вот разницу в дальности (в худшую сторону) по сравнение с heltec v4 увидел, а энергоэффективность нет.

Вопрос ВТОРОЙ: как должна выглядеть архитектура сети?

Все тесты дальности и последующее практическое применение идет с использованием штыревых антенн модели F2 от какого-то китайского производителя. Возможности ставить ретранслятор и к нему добавлять антенну Яги нет, т.к. это сводит на нет ключевые свойства: компактность, незаметность, легкость и быстроту установки.

Первые измерения дальности оказались столь же неожиданными, сколько и удручающими.
Ожидания, разумеется, были на 5+ км на связи нода-нода. Конечно, фантазии. Реальная дальность оказалась около 850-900 метров, если разойтись друг от друга с двумя нодами в руках. Буквально прямая видимость (тестировали LilyGo T3 - 2 шт). Второй тест дальности был проведён с использованием LilyGo T3, ретранслятора D5L-R1 с RAK на борту и LilyGo T-BEAM. Тут результат сильно удивил. Ретранслятор повесили на дерево на высоте приблизительно 4 метра от земли на точке над уровнем моря примерно 185 метров. Реальная дальность оказалась более 3х километров. НО. В каждой низине сигнал терялся полностью. Было выявлено, что волне проще "залезать" холм, нежели распространяться в низине. Против физики не попрешь. Специфика 900+ МГц. Профиль местности, где были проведены тесты дальности отобразил на графике выше.

Исходя из измерений стало ясно: чтобы полностью покрыть нужную локацию связью, требуется размещать по одному ретранслятору в режиме ROUTER на каждые 3км маршрута (брали 3км радиуса) на высотах, и дополнительно, на участках с наиболее сложным рельефом, еще по одному между ними тоже через каждые 3км в режиме ROUTER_LATE, для увеличения отказоустойчивости системы. Получилось по ретранслятору на каждые 1,5км и 3км. Использовали всего 11 ретрансляторов на маршрут протяженностью чуть более 20км. Повторюсь: огромное благо, что солнечные панели можно не трогать после установки. За полтора месяца работы вышел из строя только один ретрик, и тот из-за механического повреждения, остальные даже ни разу не заряжали. Потрясающая вещь.

Для носимых нод выбрали стратегию CLIENT + CLIENT_BASE (или два клиента и клиент бейс, в тех случаях, когда специалисты работают тройкой). Без отправки телеметрии, геолокации и прочих служебных данных, дабы освободить эфир для целевой информации.

Отдельно нужно сказать, что Store&Forward были выставлены на каждый второй основной ретранслятор, чтобы не было задваиваний при автоматической досылке сообщений после возврата пользователя в сеть.

Вопрос ТРЕТИЙ: интернет-мост?

У «группы в полях» есть спутниковая тарелка, которая дает им интернет. Его недостаточно, чтобы обеспечить полноценный оперативный обмен информацией с головной частью команды. На практике это выглядит, как ожидание по 15–20 минут отправки одного сообщения через мессенджеры. Мештестик здесь идеально подходит. Тех 128–512кбит/сек, о которых писал выше, вполне хватает для работы. Легковесные сообщения улетают мгновенно, и мгновенно же приходят.

Публичный сервер в моих обстоятельствах рассматривать не пришлось. Не подходит. Выбор сразу пал в сторону развёртывания собственного Mosquitto на VPS. Настроено в соответствии с инструкцией на официальном сайте Meshtastic. В процессе настройки все было относительно несложно, кроме мелкой детали с ROOT TOPIC. Сервер видел подключение нод к себе, но не пропускал сообщения пока не очистил поле с корневой темой, оставив ее пустой, далее все заработало. К слову, арендованный сервер обладает 1 x 3.3 ГГц CPU • 2 ГБ RAM • 30 ГБ NVMe, использовано на Mosquitto и сопутствующий софт 2,6гб, а нагрузка в работе не превышает 25-30% от мощности.

Сервер на данном этапе обошёлся проекту в 4500 руб на полгода.

Вывод

Подводя итог могу сказать, что проект интересный сам по себе, интересна сама технология, о которой много слышал, но до этого ни разу с ней не соприкасался. Разработчики постарались на пять баллов. На всех этапах выполнения этой задачи сопровождало чувство, что кто-то уже столкнулся с моим вопросом и заботливо заранее подготовил решение. Исчерпывающая документация, простота в настройке, доступность всего необходимого, огромное, просто поражающе большое комьюнити по всем крупным городам России - всё это позволяет отметить, что технология действительно хороша!